（2023年苏州市环境科学技术奖二等奖、入选2023度年全国副省级城市生态环境保护优秀环保产品/装备指导目录）

领域类别:水污染治理 

申报单位:苏州思源环保工程有限公司

产品/装备名称:沼气循环厌氧膜生物反应器

产品/装备简介

本项目主体为沼气循环厌氧膜生物反应器（Methane Cycle Anaerobic Membrane Bio-reactor，MCAnMBR），它是一种处理高负荷，能源消耗低，投资低，能够回收能源，产生剩余污泥较少的新型处理工艺。它将膜技术与厌氧工艺相结合，利用膜的高效截留能力使厌氧反应器保留大量的生物量，从而提高反应器的处理效能，而高MLSS下往往存在着泥水混合不充分和膜污染严重等问题，为了解决这些问题，我司研发了一套沼气循环厌氧膜生物反应器（methane cycle anaerobic membrane bioreactor，MCAnMBR），利用沼气循环装置将厌氧消化产生的沼气循环至分置式AnMBR的底部，通过气流在膜分离器中形成的冲刷作用和错流速度减缓膜污染，其次，沼气在厌氧反应器中产生的升流作用大大加强了混合和传质效能。

产品/装备特点与主要技术指标:       沼气循环厌氧膜生物反应器（Methane Cycle Anaerobic Membrane Bio-reactor，MCAnMBR）的特点是结合了传统厌氧生物处理工艺和膜分离技术，具有许多其他单独的生物处理技术无法比拟的优势。比如：

1、采用完全混合厌氧反应器+分置式中空纤维微滤膜组件的组合形式，微滤膜组件采用负压出水；

2、厌氧反应器采用沼气搅拌进行完全混合，曝气产生的大气泡将厌氧过程产生的微细气泡驱赶、聚并，使其非常容易与泥水进行分离，从而降低了厌氧反应器对气液固三相分离的要求。

3、一般的厌氧反应装置为了维持系统内高的活性微生物量，通常希望污泥具有良好的凝聚沉降性能，故其发展方向是污泥颗粒化。但本实用新型是采用混合液回流和沼气搅拌使污泥充分分散，这样可以加快传质过程，有利于反应时间的缩短或负荷的提高。

4、分置式膜组件中同样采用了沼气曝气，以形成较高的错流速度，减缓膜污染的产生，有利于延长膜的使用周期。

5、厌氧反应器的启动往往是较为困难的。为了保证系统能够快速启动，在沼气循环管路上增设了补气阀门，便于在启动初期未产气阶段向系统内补充循环气体，确保启动的顺利进行。

厌氧和膜工艺结合是近年来废水处理工艺发展的新趋势。因为固液分离是高效厌氧生物反应器赖以存在的基础，而采用膜生物处理工艺可显著改善系统的固液分离效果。这种组合形式最大限度的发挥了两种工艺的优势。将厌氧工艺与膜技术结合是一种理想方法——厌氧工艺可产生能量在一定程度上能满足处理工艺对温度的需求，产生的污泥量少；膜分离技术能够使厌氧反应中世代时间较长的甲烷菌存活下来，从而能有效降解有机废水中的污染物、提高处理效率。如何有效保持反应器中性能优良的厌氧活性污泥，使污泥与进水基质充分混合接触，最大限度的利用微生物的处理能力，是发展厌氧反应器的方向。

本项目是在好氧膜生物反应器基础上发展起来的厌氧膜生物反应器，采用膜过滤工艺可显著改善系统的固液分离效果，不需要采用三相分离装置，同时利用厌氧产气进行气循环搅拌可以增加厌氧污泥与污水的混合效果，从而节约投资、节省占地面积、提高出水处理效果，有效填补单个工艺在使用中的不足之处。

我司研发的沼气循环厌氧膜生物反应器（methane cycle anaerobic membrane bioreactor，MCAnMBR）主要包括膜分离器，厌氧反应器和沼气风机，沼气风机通过气管与厌氧反应器和膜分离器相接通进行循环搅拌；在膜分离器内设有中空纤维膜，进行泥水气三相分离。实验装置中厌氧反应器和膜分离器的主体材料为Q235钢板，厚度为6mm，厌氧反应器尺寸为Φ700×2700mm，膜分离器尺寸为600×600×1200mm，整个反应器有效容积为1000L，试验在常温下进行，无保温措施。膜组件采用2帘天津膜天膜的FP-T0008型中空纤维帘式膜组件，材质为聚偏氟乙烯（PVDF），膜面积为1m2/帘。

其运行流程为：进水桶中的废水经过进水泵的抽吸作用与膜分离器的泥水混合液一同打入厌氧反应器的底部，并通过厌氧反应器底部安装的布水管路均匀布水，当厌氧反应器的液位高于1.8m时，泥水混合液就通过回流管进入膜分离器的顶部，膜分离器中安装有中空纤维帘式膜组件，其通过膜出水泵的负压间歇出水方式，使泥水分离，出水最终进入出水桶中，实现连续进出水的运行方式。此反应器的关键设计之处是采用沼气风机内循环装置，在厌氧反应器和膜分离器的底部都装有布气管路，沼气风机将反应器产生的沼气抽吸出然后分成两条气路，一条进入厌氧反应器使得泥水彻底混合，另一条则进入膜分离器，利用气流产生的剪切作用获得更高的错流速度以此减缓膜污染。

沼气循环厌氧膜生物反应器采用完全混合密闭反应器形式，采用混合液回流+沼气循环作为泥水混合的动力，确保厌氧反应器内泥水充分混合接触。沼气曝气产生的大气泡促使厌氧微生物产生的沼气气泡被驱赶、聚并，便于与泥水分离；泥水混合液自流进入微滤膜组件中，膜组件内采用沼气循环曝气以形成较高的错流速度，减缓膜污染的产生，促进泥水分离。膜组件采用负压出水方式，膜组件内的混合液用提升泵提升回流至厌氧反应器中。厌氧反应器及膜组件均为密闭反应器，可以很好地保持厌氧环境；膜的良好固液分离性能为维持厌氧反应器内高的污泥浓度创造了条件；混合液回流+沼气曝气形成的紊流条件，一方面保证了泥水的良好的混合，另一方面又对污泥进行剪切，使其细分散，增大了污泥的比表面积，加快了传质速率，为提高负荷、缩短停留时间奠定了基础。

如图所示，原水进入膜分离器内与处理的废水混合，混合液一起进入厌氧反应器内，厌氧反应器内完全密封，保持严格的厌氧环境，沼气风机将反应系统产生的沼气加压后分为两个循环回路，分别进入厌氧反应器和膜分离器中进行沼气搅拌。厌氧反应器内由于沼气搅拌的作用，使厌氧污泥与废水充分混合，厌氧微生物在适宜的环境条件下对原水中的底物进行降解，产生的二氧化碳、氢、甲烷、硫化氢等形成微细气泡，在紊流作用下相互碰撞、聚并成大气泡，有利于与泥水的分离，分离的气态组分进入反应器顶端北收集成为沼气搅拌的气源，多余的沼气经水封后外排。分离气体后的泥水混合液自流进入膜分离器内，膜分离器内设置有中空纤维膜组件，在泵的抽吸作用下，混合液中的水经中空纤维膜过滤后成为最终处理出水。膜分离器中同样采用沼气搅拌，主要目的是在膜组件表面形成较高的错流速度，阻碍污泥附着层的形成，从而减缓膜污染的产生，循环的沼气同样被收集作为沼气循环的气源。膜分离器中的混合液返回厌氧反应器中，以维持厌氧反应器内较高的污泥浓度。由于采用了厌氧反应器与膜组件有机结合的方式，本装置处理高盐废水中有机物的能力较为突出。

  本项目符合的国家相关标准如下：

1、 膜分离法污水处理工程技术规范  HJ-579-2010

2、 膜生物法污水处理工程技术规范  HJ 2010-2011

3、 升流式厌氧污泥床反应器污水处理工程技术规范  HJ 2013-2012

4、 水污染治理工程技术导则   HJ 2015-2012

5、 完全混合式厌氧反应池废水处理工程技术规范   HJ 2024-2012

6、 厌氧颗粒污泥膨胀床反应器废水处理工程技术规范  HJ  2023-2012

产品/装备水平评价:高盐度有机废水是指含有机物和至少3.5%(质量分数)的总溶解性固体物(TDS)的废水。目前我国高盐废水产生量占废水总量的5%，且每年仍以2%的速率增长。这些高盐、高有机废水，若不进行有效地处理，将给环境带来严重的污染。因此，探索一种经济有效的高盐度有机废水处理技术已成为当前废水处理领域的研究热点之一。

本装置主要关键技术和控制难点：

（1）厌氧反应器的快速启动技术

由于整个系统均为密闭系统，而混合措施又采用沼气搅拌为主的措施，因此，在反应器启动阶段由于没有沼气产生而导致搅拌内有气源。通过在沼气管路上设置补气阀门间歇向系统内补气以维持泥水混合。补气的气源、补气方式及时间长短均可能对厌氧反应器产生影响。

（2）厌氧反应器内污泥细分散的混合搅拌技术

采用沼气搅拌+水力循环以期实现泥水完全混合，使污泥更为分散以提高传质效率，进而提高整个反应器的负荷。因此反应器内的混合效果及控制技术也是需要解决的关键技术。

（3）厌氧反应器的膜污染控制与清洗

由于厌氧反应器保持了极高的污泥浓度，而高的污泥浓度是造成膜组件污染的最主要因素，如何通过控制运行条件来有效的控制膜污染并通过有效的清洗方法与周期来恢复膜通量这是要解决的关键技术之一。

我司研发的沼气循环厌氧膜生物反应器（methane cycle anaerobic membrane bioreactor，MCAnMBR），MCAnMBR不仅具有传统AnMBR的优点，而且具有容积负荷高、有机物去除能力强、出水水质好和剩余污泥产量低等特点，由于MBR工艺具有生物量大的特点，因此有更强的盐耐受力，其独具有的沼气循环装置大大增强了高MLSS下反应器的混合和传质效能，并能有效地缓解膜污染，解决了高盐水处理领域的一些技术难点，在相关行业应用广泛，市场前景广阔。

目前国内污水处理领域中开展的厌氧膜生物反应器研究主要有三种形式：

一是UASB、EGSB+膜组件的一体式厌氧膜生物反应器，沿用了UASB、EGSB的污泥颗粒化技术，利用颗粒污泥提高固液分离效率、维持反应器内高浓度的生物量，增加固液气三相分离的有效性，而膜组件出水为进一步提高固液分离效率、维持高浓度厌氧污泥创造了条件。但是，由于颗粒污泥或污泥床中污泥的团聚性能较好，这对传质过程带来了不利影响，可能使得污水处理需要较长的停留时间、反应速率较低。

二是采用沼气搅拌的一体式厌氧膜生物反应器，这一类反应器采用沼气进行搅拌的完全混合厌氧反应器形式，将膜组件设置在厌氧反应器中，虽然拥有良好的混合接触条件，污泥分散程度得以提高，但由于膜组件设置在厌氧反应器内，使其清洗变得困难或使得清洗时破坏了厌氧反应器的厌氧条件。

三是借用现有分置式好氧膜生物反应器的形式，采用厌氧反应器+正压膜组件出水的形式，厌氧反应器的结构形式仍以UASB、EGSB、AF等为主。

我司发明的沼气循环厌氧膜生物反应器将膜分离技术和厌氧生物处理技术相结合，具有许多其他单独的生物处理技术无法比拟的优势。（1）出水水质优良且稳定，能够高效的进行固液分离，对SS和浊度的去除率几乎100%，且不受污泥膨胀等因素的影响，能够大幅度削减有机物，从而使处理出水成为低有机物、高氨氮废水。（2）实现了HRT和SRT的完全分离，使运行控制更加的灵活稳定。（3）采用沼气搅拌与混合液回流相结合，在厌氧反应器内形成良好的混合条件和较高的紊流程度，使污泥充分分散，有利于传质速率的提高，从而可以加快处理进程；（4）由于沼气曝气形成的紊动可使厌氧所产生气体相互聚并，可提高厌氧反应器中泥水与气的分离效率，而膜组件又可对泥水进行良好的分离，这就使系统的三相分离问题得到解决。

专利授予及获奖  

厌氧膜生物反应器   专利号：ZL201320754428.6

苏州环境保护科学技术奖、二等奖、苏州市环保产业协会、2023年度

应用领域      

1、 针对有机废水的处理负荷达到10kgCOD/m3.d以上， COD去除效率达到95%以上；对易生物降解高浓度有机废水，出水COD浓度控制在500mg/L以下。

2、对高盐高浓度废水具有可行性，当氯离子浓度达到12g/L时，COD去除效率能够达到83%左右；对硫酸根的去除效率达到了75%以上，对COD的去除效率达到99%，并很好地解决了硫酸根对厌氧菌的抑制毒害作用。

3、通过沼气搅拌+水力循环使混合液达到非常好的混合效果和气水分离效果。

4、通过对水流速度，污泥浓度，工作压力，膜清洗曝气量，水力清洗，化学清洗周期以及用量的控制使膜组件在最优的出水效果下更加长久稳定的运行。

5、通过调整运行控制条件并接种大量的厌氧消化污泥，来缩短反应器的启动时间。

6、利用沼气循环厌氧膜生物反应器处理高盐废水尚未见报道，此装置的发明研究为高盐废水的处理和沼气循环厌氧膜生物反应器的应用提供了一定的发展基础。

应用业绩

嘉兴创新环保科技有限公司废液、废气综合处理工程  2018年投产

苏州君兰环保工程-苏州众和公司厌氧MBR膜系统项目  2015年投产

连云港先达化工有限公司建设工程设计及技术服务项目  2017年投产

苏州思上环保科技有限公司-中科荣信（苏州）生物科技有限公司污水处理工程  2018年投产

杭州鸿光浪花豆业食品有限公司-污水处理厌氧系统二期工程  2020年投产

沭阳正中新材料有限公司-污水站扩建及现有设施检修工程 2022年投产